高等级沥青公路路面水损害及防治措施分析

张苗苗，王思长，张 建

（1.重庆科技学院建筑工程学院 重庆 401331；2.能源工程力学与防灾减灾重庆市重点实验室 重庆 401331；3.中交基础设施养护集团有限公司 北京 100011）

0 引言

随着我国经济的不断发展，基础建设的不断完善，高速公路的建设在我国已经进入了一个快速发展的时期。沥青路面作为我国高等级公路最常见的路面形式被广泛用于全国各地的道路建设工程中，在交通运输以及民众的日常出行中扮演着极其重要的角色。相较之水泥混凝土路面而言，沥青路面原材料的特殊性使其具有施工时间短、行车舒适度高、噪音小以及方便维修等优点，但同时也更容易发生水损害。由于高等级公路需要承担更重的交通运输任务，其质量的好坏直接影响到行车安全和运输效率，所以更需要针对公路损害最常见的问题——水损害，实行更为合理有效的维护和预防措施，以达到提高路面质量，延长公路使用年限的效果。

沥青路面由于常常遭受雨水、冰雪的侵扰，进而出现变形、裂纹、坑洞等一系列质量问题，不仅对路面质量造成了严重的损坏，同时给道路上行驶的车辆造成了不少的安全隐患，增大了交通安全事故发生的可能性。高速行驶中的车辆，在遭遇坑洞时为了减缓颠簸，不得不突然降低行驶速度，或者通过急打方向盘的方式来绕行，极易造成车辆追尾、侧翻等交通事故的发生。因此，加强对沥青路面水损害机理和危害的分析，同时制定相应的防治措施，并将其应用于实际工程项目中，做好公路及其附属设施的建设与维护，对于降低因水损害造成的公路危害及衍生的交通事故发生率是十分有效的。

1 水损害常见的表现形式

沥青路面水损害是由于水的作用因素而导致沥青路面产生了一系列破坏病害的统称。它主要是指，沥青路面在水的浸泡下，同时受到汽车移动荷载的反复作用，使得进入到路面空隙中的水不断产生动水压力，逐渐渗入到沥青面层的材料空隙中，或者经由中央分隔带等排水结构渗入至路面结构。在汽车荷载的作用下，进入到结构层空隙中的水逐渐形成具有高流速和高孔隙水压力的水流，从而导致沥青的黏结力和黏附性逐渐降低[1]，进而产生一系列问题，导致沥青公路的使用性能降低。

沥青路面水损害的特点[2]如下：

（1）水损害一般发生在雨季；

（2）行车道的水损害程度一般高于超车道；

（3）水损害一般发生在透水严重且排水不通畅的位置。

1.1 网裂

由于我国高等级沥青公路的路面结构[3]主要以“厚基薄面”的半刚性路面为主。其主要存在路基材料强度不够、路面材料低温抗裂性不足等问题，在道路所处环境冬夏两季温差较大时，面层极容易产生龟裂和横、纵向裂缝。若道路出现开裂现象后得不到及时的养护，则会导致面层的水向下渗透，进而加速裂缝的发展速度，最终形成大面积的网裂。

1.2 松散和坑槽

停留在公路面层表面的水，通过空隙和裂缝渗入到面层材料的孔隙中，在车辆动荷载的作用下产生了超静孔隙水压力[3]和动水压力，使得自由水对沥青的混合料进行反复的冲刷作用，破坏集料与沥青之间的黏附力，最终导致集料与沥青的分离，形成松散现象。随着车辆荷载的反复作用，松散现象不断加剧，导致石子等粒径较大的粗集料被车轮“带起”并甩出硬路肩。随着时间的推移，上述过程不断重复，最终在松散部位形成坑槽。

1.3 唧浆

导致松散和坑槽产生的水继续通过裂缝等渠道进入到路基与路面的界面后形成滞留水[3]。在上部车轮荷载的反复作用下继续产生动水压力，进而对路基中的细集料进行反复的冲刷作用，导致集料反复撞击基层，使基层产生泥浆[4]，泥浆在车辆荷载的泵吸作用下沿裂缝向上流出，最终在道路表面形成唧浆现象。

1.4 车辙

唧浆现象的发生表明面层的整体强度已经降低，若不及时进行维修和养护，则道路内部已经发生松散的集料将在行车荷载的反复作用下继续向道路两侧移动，最终导致道路两侧向上鼓起，车轮轨迹带下沉，表现出车辙现象

2 沥青路面产生水损害的原因

2.1 气候原因

当环境温度变化较大时，沥青路面极易产生裂缝，此后当出现降雨量大且频率高，降雨时间长的气候条件时，沥青路面的水分无法及时排出，导致水分通过裂缝下渗，且难以排出，加之车辆荷载反复作用，导致沥青膜脱落，从而使路面出现水损害现象。此种原因引发的水损害现象在南方多为常见。

2.2 设计原因

2.2.1 防排水设计不合理

一些高等级公路在进行道路路面结构的设计时，由于忽略了排水结构层以及防水层的设计[1]，导致路面表层的水不能够及时排出，进而在局部形成了积水，透过空隙和裂缝渗入到道路结构内部，在车辆荷载的作用下，反复冲刷集料与沥青，导致两者间的黏附性下降，致使路面出现松散剥落的现象。

2.2.2 材料选择不合理

在高等级沥青公路路面的施工中所使用的沥青混合料的水稳定性与工程的整体质量有着千丝万缕的联系。若所选材料的水稳定性不能达到相关的标准要求，即使在工程施工中使用了抗剥落剂[5]，依然无法保证工程的质量可以达到预期效果。

2.2.3 混合料配合比设计不合理

在沥青混合料配合比的设计中，混合料的级配往往关系到最终的孔隙率。若配合比设计不合理，导致混合料的孔隙率增加，则会增大道路出现水损坏的概率和速度，进而影响道路使用的耐久性。

2.3 施工原因

2.3.1 路面施工压实度不够

在实际的道路施工过程中，部分施工单位为了追求平整度，对路面的压实度不够重视，且在施工检测进行取芯后对修补芯坑的处理不及时，造成局部积水，从而加速水损害现象的产生。

2.3.2 沥青混合料的拌合施工

良好的拌合施工可以使集料和沥青之间的黏附力增强[6]，若拌合施工的过程不规范，造成拌合温度不达标或拌合的时间不充分等情况的出现，使得沥青混合料的拌合不均匀，导致集料与沥青之间的黏结力降低，沥青膜容易脱落。

2.4 管理与养护

2.4.1 交通荷载过大

沥青路面的水损害与交通荷载的关系十分密切，在大规模交通荷载的作用下，水分渗入集料与沥青界面的速度大大加快，特别是超载车辆的轮胎在挤压路面的过程中在路面和轮胎之间产生了真空吸附[1]，使得集料与沥青之间的黏附力降低甚至丧失，导致沥青膜极易从集料颗粒表面脱落。

2.4.2 养护不及时

若在沥青路面出现裂缝等现象后未对其进行及时的修补，则会加速水分进入基层的速度，在车辆荷载的作用下产生动水压力对混合料进行反复冲刷，导致裂缝扩大速度加快，出现更多的水损害现象。

3 水损害的防治措施

3.1 设计阶段

3.1.1 配合比设计

从前文的描述中我们可以知道，孔隙率是导致沥青路面产生水损害的重要原因之一，故应首先从此项入手，减少水损害的发生。根据多年的工程实践经验和实验数据，混合料和孔隙率有直接的关系，其中包括级配、拌合时的温度以及沥青的剂量等等。在施工中，必须做好混合料配合比的设计，尽量减小孔隙率。

3.1.2 结构设计

（1）铺设透层

透层可以改善基层的水密性，并在面层和基层之间起到重要的过渡作用。它在保证基层整体稳定性与强度的同时可以对基层上的全部空隙进行填充。

（2）铺设防水层

设置在有机结合料和基层之间的防水层，具有隔水和防水的效果。通过和透层油结合，在基层和面层之间形成一层保护层，有效防止水损害的发生。其作用机理在于避免水透过结构层，继续向下渗透，使道路内部的结构产生破坏。

3.2 施工阶段

3.2.1 施工工艺

高等级沥青公路的路面水损害主要是由于路面表层的水分渗入[7]到路面的空隙之中，在车轮荷载的作用下，对混合料进行不断地冲刷，导致路面的集料与沥青之间的黏附性降低，沥青膜从集料表面脱落，表现出一系列的水损害现象。因此，在高等级沥青公路的施工过程中，要对集料的级配和质量进行严格的控制，对压实标准和压实工艺实行高要求严控制，使孔隙率[8]达到相关规范要求标准，从最大程度上降低沥青路面的水损害程度。

3.2.2 施工质量

由于基层、底基层、路基的施工质量也是影响水损害产生的重要因素，故在高等级沥青公路的施工过程中，要严格按照施工规范的相关要求，控制好水泥的剂量和沙砾的级配以及含水量和混合料的拌合时间，确保底基层和基层的厚度达到设计的要求。

3.3 后期养护与管理措施

3.3.1 采用预防性养护

通常来讲，沥青路面的水损害过程呈现递进关系，一开始水损害只发生在局部区域，若不对其进行有效处理，则损害会迅速扩散，最终导致损坏严重，只能进行更换。

预防性养护则是采用封裂缝、稀浆封层或者为表处理的方法，对路面出现的细小问题进行及时的处理，实现对路面裂缝的封堵，从源头上切断水渗入路基的通道，达到防治水损害的效果。

3.3.2 及时补坑

补坑主要是针对路面已经出现损坏的部分，及时地补坑可以防止路基中的积水过多对路面造成自下而上的水损害破坏。

采用冷补材料或者热拌沥青混合料进行补坑，由于修补坑槽时需要使用的混合料较少，故可准备一些冷材料备用，冷材料在雨天也可以使用，不会因为天气而对修补进程造成妨碍，且能在修补完成后立即开放交通。

4 结语

水通过天气等多种因素造成沥青公路表面的裂缝向下渗透，首先进入路面的空隙中，由于车辆荷载反复作用，使得空隙中的水分不停地对集料和沥青进行冲刷，导致集料与沥青之间的黏附性降低，沥青膜脱落。这个过程在公路结构中反复进行，最终导致路面出现一系列水损害现象。

根据水损害现象产生的原因，我们要从气候、设计、施工、管理与养护等各个方面入手，针对道路所在地的气候特点，对其制定相应的防治措施，包括做好沥青路面的防排水设计，材料级配的配合比设计，严格把控施工工艺和施工质量等一系列重要因素，从各个环节降低孔隙率，从源头上减少水的下渗，减少水损害现象的发生，提高道路的使用年限。